Titre du Chapitre 1 Structure de l'Atome 2025 PDF

***[CHAPITRE I]*** ***[Structure de l'atome]*** ***[I-Définition de La matière ]*** La matière constituée tous ce qui possède une masse et qui occupe un volume dans l'espace. ***2- Les états de la matière*** La matière peut exister sous trois états physiques différents : - ***L'état solide:*...

***[CHAPITRE I]*** ***[Structure de l'atome]*** ***[I-Définition de La matière ]*** La matière constituée tous ce qui possède une masse et qui occupe un volume dans l'espace. ***2- Les états de la matière*** La matière peut exister sous trois états physiques différents : - ***L'état solide:*** possède un volume et une forme définis. - ***L'état liquide*:** possède un volume définis mais aucune forme précise, il prend la forme de son contenant. - ***L'état gazeux*:** n'a ni volume ni forme définis, il prend le volume et la forme de son contenant. ***2- Les transformations physiques de la matière*** **Transformations physique de la matière** - Un corps pur est un corps constitué d'une seule sorte d'entité chimique (atome, ion ou molécule). Un corps pur est soit un élément (corps pur simple ex: Cu, Fe, H~2~, O~2~...) soit un composé (constitué de plusieurs éléments exemple: l'eau pure H~2~O) - Un mélange est un corps constitué de plusieurs sortes d'entités chimiques mélangé ensemble. Les mélanges sont soit Homogène (l'eau et le sel...) soit Hétérogène (possède deux ou plusieurs phases distinctes exemple: l'eau et l'huile...). ***[4- Méthodes de séparations des mélanges]*** Pour obtenir une substance pure, on peut séparer les mélanges par des méthodes physiques tel que : - ***L'évaporation :*** C'est un processus par lequel on élimine la partie liquide d\'un mélange en la transformant en gaz (eau + sel). - ***La décantation* :** C'est un processus qui permet de séparer des liquides non miscibles qui n'ont pas la même [masse volumique (densité)](https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/la-masse-volumique-s1017) (eau+huile). - ***La filtration :*** C'est une technique qui permet de séparer les constituants d'un mélange contenant une phase liquide et une phase solide (filtration d\'un jus d\'orange et de sa pulpe). - ***La distillation :*** C'est un [procédé de séparation](https://fr.wikipedia.org/wiki/Proc%C3%A9d%C3%A9_de_s%C3%A9paration) de mélange de substances liquides dont les températures d\'ébullition sont différentes. Les substances se vaporisent successivement, et la [vapeur](https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89vaporation) obtenue est liquéfiée pour donner le distillat (eau+alcool). - ***Le tamisage :*** C'est un [procédé de séparation](https://fr.wikipedia.org/wiki/Proc%C3%A9d%C3%A9_de_s%C3%A9paration) de mélange hétérogène solide-solide (séparer la terre de l\'or) ***[II- Notion d'atome, molécules, mole et nombre d'Avogadro ]*** Quelle se présente sous forme solide, liquide ou gazeuse, la matière est **divisible,** cette division est limitée**.** Afin d'interpréter l'existence d'une limite à la division, les chimistes admettent que la matière est formée de particules ultimes indivisibles et très nombreuses, appelés **atome**s. ***1- Définition d'un atome*** L'atome et la plus petite partie d'un élément qui puisse exister. Les atomes s'associer pour donner des molécules, une molécule est par conséquent une union d'atomes. ***2- Mise en évidence des particules électron, proton et neutron*** La mise en évidence des constituants de l'atome est passée par plusieurs expériences telle que : - Les expériences de CROOKS : mise en évidence de l'existence de la charge de l'électron (e). - L'expérience de J.J.THOMSON : évaluation du rapport de la charge massique de l'électron e/m=1,76.10^11^C/Kg - L'expérience de MILLIKAN : mesure de la charge de l'électron et déduction de sa masse. - L'expérience de GOLDSTEIN : évaluation de la charge positive du noyau. - L'expérience de RUTHERFORD : mise en évidence du proton existant dans le noyau. - L'expérience de CHADWICK : mise en évidence du neutron existant dans le noyau. ***3- Caractéristiques de l'atome*** - Atome = électrons + noyau; noyau = protons + neutrons ( les nucléons) - Electron: charge électrique négative e= -1,6.10^-19^C; proton: charge électrique positive e= +1,6.10^-19^C ; neutron: électriquement neutre - Masse de l'électron: 9,1.10^-31^ kg; Masse du proton: 1,673.10^-27^ kg - Masse du neutron: 1,675.10^-27^ kg; m~n~ = m~p~ = 1836 m~e~ - Diamètre d'un atome: 10^-10^ m (1Å); Diamètre d'un noyau: 10^-15^m Pour une espèce d'atome X^A^~Z~ (symbole d'un atome) - Les A et Z sont des entiers. Ils caractérisent un atome ou son noyau - Le nombre de protons Z fixe la charge du noyau - Le nombre de nucléons A= Z+N fixe la masse du noyau - La charge totale du noyau: +Ze - La charge totale des électrons: -Ze - La masse de l'atome est concentrée dans une petite région chargée positivement le noyau central. La figure suivante illustre l'atome dans le modèle de Rutherford. Nombre de proton Z= 13 : nombre de masse A=27 ; nombre de neutron N= 14 et le nombre d'électron =13 - Les ions sont en fait des atomes ayant gagné ou perdu des électrons, ils sont ainsi chargés négativement (anions) ou positivement (cations). - L'atome Fe perd 2 électrons pour former un cation Fe^+2^ - L'atome Cl gagne 1 électron pour former un anion Cl^-^ ***4- Unité de masse atomique*** Les masses des atomes sont toutes très petites (entre 10^-24^et 10^-26^kg) et donc peu pratiques à utiliser dans le monde macroscopique, on utilise donc une unité de masse différente du kilogramme appelée unité de masse atomique (u.m.a). ***Définition de l'u.m.a*** Représente la masse réelle de l'atome exprimée par rapport au carbone 12 **1 u.m.a=1/12 \*masse d'un atome de ~12~C** **1 u.m.a =1/12 \*12/N** 1u.m.a= 1/12\*12/6,023. 10^23^= 1,66.10^-24^g **1u.m.a=1,66.10^-24^g** ***Remarque*** ***Cette définition de l'u.m.a entraine que le nombre qui exprime la masse d'un atome en u.m.a est le même que celui qui exprime la masse en g/mol d'une mole de même atome.*** **Exemple** - Un atome d'hydrogène a une masse de 1u.m.a. - Une mole d'atome d'hydrogène a une masse de 1g. ***5- Mole*** La mole (mol) est l'unité que les chimistes utilisent pour exprimer un grand nombre d'atomes. Le nombre d'atomes dans une mole est appelé nombre d'Avogadro (N~A~ = 6,023.10^23^)/ **Exemple :** - Le nombre de mole dans 10g de poudre de fer est n = m/M = 10/55,845= 0,179 mole. - Le nombre d'atome dans 10 g de poudre de Fe est x= n. N~A~ = 0,179. 6,023.10^23^ = 1,115.10^23^ atomes. ***6-Molécules*** Une molécule est une union de deux ou plusieurs atomes liés entre eux par des liaisons covalentes. C'est la plus petite partie d'un composé qui a les mêmes propriétés que le composé (Exemples : H~2~0, H~2~, HCl, etc...). ***7- Masse molaire moléculaire***  La masse molaire moléculaire correspond à la somme des coefficients des masses molaires atomiques des atomes qui la constituent, son unité est le gramme par mole (g·mol^-1^). **Exemple :** M(H~2~O) = 2M(H) + M(O) soit M(H~2~O) = 2 × 1,0 + 16,0 = 18 g·mol^-1^ ***[Les isotopes]*** ***[I- Définition]*** Les isotopes sont des atomes de même élément chimique ayant même nombre de proton Z et un nombre de masse A différent. **Exemples :** ^16^~8~O, ^17^~8~O ; ^17^~35~Cl, ^16^~35~Cl Un grand nombre d'éléments existe à l'état naturel sous forme d'un mélange d'isotopes. **Remarque:** Un élément chimique (X) est caractérisé par son numéro atomique Z Les isotopes ont même numéro atomique Z Les isobares ont même nombre de masse A Les isotones ont même nombre de neutrons N ***[II- Masse atomique relative]*** La masse atomique correspond à la moyenne des masses des différents isotopes par leurs abondances naturelles selon la relation suivante : **M~naturelle~ = \[ƩM~i~. X~i ~/100\]** Avec : **M~i :~** masse atomique de l'isotope i **X~i~ :** abondance relative de l'isotope i ***[III- La cohésion du noyau]*** ***1- Défaut de masse*** La formation d'un noyau **~Z~ ^A^X** à partir de ses nucléons séparés s'accompagne d'une perte de masse **∆m** appelée défaut de masse. Le défaut de masse Δm est toujours positif donné par l'expression suivante : **Δm = \[Z~mp~+(A-Z)~mn~\] -- m~noyau~** ***2- Energie de liaison*** Energie de liaison est l'énergie nécessaire à la formation d'un noyau quelconque à partir de particule **E~L~ = Δm.C^2^** Avec : **Δm :** défaut de masse, **C :** célérité de la lumière dans le vide = 3.10^8^ m/s. ***Cette énergie est positive puisqu'elle est reçue par le système considéré (noyau).*** ***3- Energie de cohésion*** On définit l'énergie de cohésion comme étant l'énergie nécessaire pour détruire un noyau en neutrons et en protons. Cette énergie est négative et on peut écrire : E = -E~L~. Si on considère la formation d'un noyau d'hélium (He) à partir des nucléons selon la réaction suivante : 2 ~1~ ^1^P+ 2 ^1^ ~0~n→ ~4~ ^2^He Cette réaction s'accompagne d'une perte de masse Δm qui se transforme en énergie ΔE (conservation de la matière) : **ΔE= -E~L~ = Δm. C^2^** ***4- Unité de l'énergie de liaison*** Les principales unités utilisées sont : le joule, l'eV (1 eV=1,6.10 ^-19^J) et le MeV (1 MeV=10^6^ eV). ***L'électron volt est l'énergie d'un électron soumis à une différence de potentiel (ddp) de 1 volt (eV = 1,6. 10^-19^C x 1V=1,6.10^-19^ J).*** ***[IV- Stabilité du noyau]*** La stabilité d'un noyau s'exprime par la valeur de son énergie de liaison par nucléon donnée par la relation  **E~N~ = E~L~ /A** Plus E~N~ est élevée plus le nucléide (atome) est stable. Un noyau est d'autant plus difficile à briser que son énergie de liaison par nucléon est plus grande. **[Exercice d'application]** **1-** Donner sous forme de tableau la constitution de chaque espèce chimique suivante : ^16^~8~O^-2^ , ^107^~47~Ag, ^109^~47~Ag, ^23^~11~Na^+^. **2-** commet appelle-ton les éléments ^107^~47~Ag, ^109^~47~Ag? **3-** La masse atomique de Ag naturel est M=107,96 uma. Calculer l'abondance relative des deux noyaux ^107^~47~Ag, ^109^~47~Ag sachant que M (^107^~47~Ag) =106,9 uma ; M (^109^~47~Ag) = 108,90 uma. **Solution** **1-** la constitution de chaque espèce chimique **espèce** **Nbrs de proton (Z)** **Nbrs de neutron (N)** **Nbrs de masse (A)** **Nbrs d'électron** ---------------- ------------------------ ------------------------- ----------------------- --------------------- ^16^ ~8~O^-2^ 8 8 16 10 ^107^ ~47~Ag 47 60 107 47 ^109^ ~47~Ag 47 62 109 47 ^23^ ~11~Na^+^ 11 12 23 10 **2-** Les éléments ^107^~47~Ag, ^109^~47~Ag sont des isotopes, ils ont le même nombre de proton Z et un nombre de masse A différent. 3- L'abondance relative de chaque isotope X~1~ (^107^~47~Ag ) et X~2~ (^109^~47~Ag ) 100.M~nat~ = M~1~X~1~+M~2~X~2 ~**.............................................(1)** X~1~+X~2~=100**.............................................................(2)** \(2) implique; X~1~=100-X~2~ \(1) implique; 100M~nat~=M~1~(100-X~2~)+M~2~X~2~ X~2~=100 (M~nat~-M~1~) /M~2~-M~1~ **[A.N:]** X~2~ = 100(107,96-106.9) /108.9-106.9 X~2=~ 53% er X~1~=47%